Гидрометаллургия

Гидрометаллургия — технология в области добывающей металлургии , получения металлов из руд. Гидрометаллургия предполагает использование водных растворов для извлечения металлов из руд, концентратов, переработанных или остаточных материалов. ^[1]^[2] Методами обработки, дополняющими гидрометаллургию, являются пирометаллургия , паровая металлургия и электрометаллургия расплавленных солей. Гидрометаллургию обычно делят на три основные области:

выщелачивание
Концентрирование и очистка раствора
Восстановление металлов или металлических соединений

выщелачивание

Выщелачивание предполагает использование водных растворов для извлечения металла из металлосодержащих материалов, находящихся с ними в контакте. ^[3] В Китае в 11-12 веках этим методом добывали медь; это использовалось для большей части общего производства меди. ^[4] В 17 веке его использовали для тех же целей в Германии и Испании. ^[5]

Условия растворения выщелачивателя варьируются в зависимости от pH , окислительно-восстановительного потенциала , присутствия хелатирующих агентов и температуры, чтобы оптимизировать скорость, степень и селективность растворения желаемого металлического компонента в водной фазе. Используя хелатирующие агенты, можно избирательно извлекать определенные металлы. Эти агенты обычно представляют собой амины оснований Шиффа . ^[6]

Пять основных конфигураций реакторов выщелачивания: на месте, куча, чан, резервуар и автоклав.

Внутрипластовое выщелачивание

Выщелачивание на месте также называют «добычей раствора». Первоначально этот процесс включает в себя бурение скважин в рудном месторождении. Взрывчатые вещества или гидроразрыв пласта используются для создания открытых путей в залежи для проникновения раствора. Выщелачивающий раствор закачивается в месторождение, где он вступает в контакт с рудой. Затем раствор собирают и обрабатывают. Урановое месторождение Беверли является примером подземного выщелачивания.

Кучное выщелачивание

При кучном выщелачивании измельченная (а иногда и агломерированная) руда складывается в кучу, выстланную непроницаемым слоем. Выщелачивающий раствор распыляется поверх кучи и позволяет ему просачиваться вниз через кучу. В конструкции отвала обычно предусмотрены отстойники-сборники, которые позволяют перекачивать «беременный» выщелачивающий раствор (т.е. раствор с растворенными ценными металлами) для дальнейшей переработки. Примером может служить цианирование золота , при котором пылевидные руды извлекаются раствором цианида натрия , который в присутствии воздуха растворяет золото, оставляя после себя недрагоценный остаток.

Шаровидная модель комплексного аниона ауроцианида или дицианоурата(I), [Au(CN) ₂ ] ⁻. ^[7]

Чановое выщелачивание

Чановое выщелачивание включает контакт материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с выщелачивающим раствором в больших чанах.

Резервуарное выщелачивание

Резервуар с перемешиванием , также называемый выщелачиванием с перемешиванием, предполагает контакт материала, который обычно подвергается измельчению и классификации, с раствором для выщелачивания в резервуарах с перемешиванием. Перемешивание может улучшить кинетику реакции за счет усиления массообмена. Резервуары часто представляют собой последовательно соединенные реакторы.

Автоклавное выщелачивание

Автоклавные реакторы используются для реакций при более высоких температурах, что может повысить скорость реакции. Аналогично, автоклавы позволяют использовать в системе газообразные реагенты.

Концентрирование и очистка раствора

После выщелачивания щелок от выщелачивания обычно должен подвергаться концентрации ионов металлов, которые необходимо извлечь. Кроме того, иногда требуется удаление нежелательных ионов металлов. ^[1]

Осаждение — это селективное удаление соединения целевого металла или удаление основной примеси путем осаждения одного из его соединений. Медь осаждают в виде сульфида в качестве средства очистки фильтратов никеля .
Цементация – это превращение иона металла в металл посредством окислительно-восстановительной реакции . Типичное применение включает добавление железного лома в раствор ионов меди. Железо растворяется и осаждается металлическая медь.
Экстракция растворителем
Ионный обмен
Сокращение газа. Обработка раствора никеля и аммиака водородом дает металлический никель в виде порошка.
Электровыделение — это особенно селективный, но дорогостоящий процесс электролиза, применяемый для выделения драгоценных металлов. Золото можно гальванизировать из его растворов.

Экстракция растворителем

При экстракции растворителем смесь экстрагента с разбавителем . для экстракции металла из одной фазы в другую используется При экстракции растворителем эту смесь часто называют «органической», поскольку ее основным компонентом (разбавителем) является масло определенного типа.

PLS (содержащий выщелачивающий раствор) смешивают до эмульгирования с отпаренной органикой и оставляют разделяться. ^{[ нужна ссылка ]} Металл будет заменен из PLS на органику, которую они модифицируют. ^{[ нужны разъяснения ]} Полученные потоки будут представлять собой насыщенную органику и рафинат . При электролизе загруженное органическое вещество затем смешивают до эмульгирования с бедным электролитом и дают ему возможность отделиться. Металл будет заменен из органического вещества в электролит. Полученные потоки будут представлять собой очищенную органику и богатый электролит. Органический поток рециркулируется в процессе экстракции растворителем , а водные потоки подвергаются циклическому выщелачиванию и электролизу. ^{[ нужны разъяснения ]} процессы соответственно. ^{[ нужна ссылка ]}

Ионный обмен

Хелатирующие агенты, природный цеолит , активированный уголь, смолы и жидкие органические вещества, пропитанные хелатирующими агентами, используются для обмена катионов или анионов с раствором. ^{[ нужна ссылка ]} Селективность и степень извлечения зависят от используемых реагентов и присутствующих примесей.

Восстановление металла

Восстановление металлов — это заключительный этап гидрометаллургического процесса, в ходе которого производятся металлы, пригодные для продажи в качестве сырья. Однако иногда для получения металлов сверхвысокой чистоты необходима дальнейшая очистка. Основными видами процессов восстановления металлов являются электролиз, газовое восстановление и осаждение. Например, основной целью гидрометаллургии является медь, которую удобно получать электролизом. Cu ²⁺ ионы восстанавливаются до металлической меди при низких потенциалах , оставляя после себя загрязняющие ионы металлов, таких как Fe. ²⁺ и цинк ²⁺.

Электролиз

Электровыделение и электрорафинирование соответственно включают восстановление и очистку металлов с использованием электроосаждения металлов на катоде и либо растворения металла , либо конкурирующей реакции окисления на аноде.

Осадки

Осаждение в гидрометаллургии включает химическое осаждение из водных растворов металлов и их соединений или загрязняющих веществ. Осаждение будет продолжаться, когда в результате реагента добавления , испарения , изменения pH или манипуляций с температурой количество веществ, присутствующих в растворе, превышает максимум, определяемый его растворимостью.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Брент Хиски «Металлургия, обзор» в Энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера, 2000, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/0471238961.1921182208091911.a01
^ Хабаши, Ф. (2009). «Последние тенденции в добывающей металлургии» . Журнал горного дела и металлургии, раздел Б: Металлургия . 45 : 1–13. дои : 10.2298/JMMB0901001H .
^ Хм, Намил (июль 2017 г.). Гидрометаллургический процесс извлечения редкоземельных элементов из отходов: основное применение кислотного выщелачивания с разработанной схемой . ИНТЕХ. стр. 41–60. ISBN 978-953-51-3402-2 .
^ Голас, Питер Дж. (1995). «Прорыв в производстве меди в песне: процесс осаждения меди». Журнал исследований Сун-Юань . 25 : 153.
^ Хабаши, Фатхи (2005). «Краткая история гидрометаллургии». Гидрометаллургия . 79 (1–2): 15–22. Бибкод : 2005HydMe..79...15H . doi : 10.1016/j.гидромет.2004.01.008 .
^ Таскер, Питер А.; Тонг, Кристина С.; Вестра, Арьян Н. (2007). «Совместная экстракция катионов и анионов при восстановлении цветных металлов». Обзоры координационной химии . 251 (13–14): 1868–1877. дои : 10.1016/j.ccr.2007.03.014 .
^ Гринвуд, Нью-Йорк; и Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .

Внешние ссылки

Гидрометаллургия, BioMineWiki. Архивировано 22 декабря 2017 г. в Wayback Machine.

[KO-1] Jump up to: ^а ^б Брент Хиски «Металлургия, обзор» в Энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера, 2000, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/0471238961.1921182208091911.a01

[2] Хабаши, Ф. (2009). «Последние тенденции в добывающей металлургии» . Журнал горного дела и металлургии, раздел Б: Металлургия . 45 : 1–13. дои : 10.2298/JMMB0901001H .

[3] Хм, Намил (июль 2017 г.). Гидрометаллургический процесс извлечения редкоземельных элементов из отходов: основное применение кислотного выщелачивания с разработанной схемой . ИНТЕХ. стр. 41–60. ISBN 978-953-51-3402-2 .

[4] Голас, Питер Дж. (1995). «Прорыв в производстве меди в песне: процесс осаждения меди». Журнал исследований Сун-Юань . 25 : 153.

[Habashi-5] Хабаши, Фатхи (2005). «Краткая история гидрометаллургии». Гидрометаллургия . 79 (1–2): 15–22. Бибкод : 2005HydMe..79...15H . doi : 10.1016/j.гидромет.2004.01.008 .

[6] Таскер, Питер А.; Тонг, Кристина С.; Вестра, Арьян Н. (2007). «Совместная экстракция катионов и анионов при восстановлении цветных металлов». Обзоры координационной химии . 251 (13–14): 1868–1877. дои : 10.1016/j.ccr.2007.03.014 .

[7] Гринвуд, Нью-Йорк; и Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]